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Verfahren zur katalytischen Verbrennung von explosiven Gasgemischen.
Le Chatelier hat erkannt, dass das Zurückschlagen der Explosion eines explosiven Gasgemisches durch ein langes Rohr von sehr geringem Querschnitt verhindert werden kann. Für die technische Durchführung solcher katalytisehen Gasreaktionen, bei denen das reagierende Gasgemisch explosive Eigenschaften besitzt, ist diese Feststellung jedoch praktisch wertlos, sowohl als Folge des sehr beträchtlichen
Gaswiderstandes als auch auf Grund der Schwierigkeit der Anordnung eines Katalysators in derartig engen Röhren.
Es wurde nun gefunden, dass der gleiche explosionsverhindernde Effekt dadurch erreicht werden kann, dass man die Reaktion in sehr dünner Gasschieht stattfinden lässt, indem man z. B. das Reaktiongemisch anstatt durch Röhren von kleinem Durchmesser durch den sehr geringen Zwischenraum zwischen den inneren Wandungen des zur Verbrennung dienenden Kontaktapparates und einem in diesem Zwischenraum befindlichen Katalysator von geeigneter Form hindurchpresst.
Das zur Erreichung des Effektes notwendige Mindestmass der Schichtdicke ist etwas verschieden bei verschiedenen Reaktionen, muss aber auf alle Fälle so klein sein, dass Explosionen auch bei Überschreitung der kritischen Entzündungstemperatur des betreffenden Gasgemisches nicht eintreten können.
Im allgemeinen kommen Schichtdicken von 0. 1-1 Millimeter in Betracht.
Im Gegensatz zu der Le Chatelierschen Beobachtung lässt sich die oben erwähnte Feststellung technisch verwerten, da der Gaswiderstand solcher dünnen Schichten nicht sehr beträchtlich ist und die Anordnung eines geeigneten Katalysators ohne weiteres möglich ist.
Bei einer praktischen Ausführung des Verfahrens lässt man z. B. das Gasgemisch mit grosser Strömungsgeschwindigkeit durch den geringen Zwischenraum zwischen zwei zweckmässig gekühlten Metallplatten und einem in diesem Zwischenraum befindlichen Katalysator in Form eines Metalldrahtnetzes hindurchgehen. Eine derartige Anordnung ist in den Fig. 1-3 näher veranschaulicht. Fig. 1 ist eine Vorderansicht, Fig. 2 ein Längsschnitt durch den ganzen Apparat und Fig. 3 eine Vorderansicht einer Hälfte des Apparates. Der Apparat besteht aus zwei mit Wasserkühlmänteln versehenen Metallplatten 2, die mittels Bolzen aneinandergesehraubt sind.
In dem sehr geringen Zwischenraum zwischen diesen beiden Metallplatten ist als Katalysator ein Metalldrahtnetz 1 angeordnet, das durch geeignete Mittel auf die Reaktionstemperatur gebracht werden kann. Das Reaktionsgemisch wird durch ein Ventilsystem am oberen Ende 4 des Apparates eingeführt und strömt durch den Zwischenraum zwischen den
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der Reaktion und zur Inbetriebsetzung des Apparates.
Das Verfahren ist besonders geeignet zur katalytisehen Verbrennung von Ammoniak mit Sauerstoff.
Infolge der starken Explosivität von Ammoniak-Sauerstoff-Gemisehen mit einem Ammoniakgehalt
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Gemische zwecks Herstellung von Stickoxyden bzw. Salpetersäure, katalytisch verbrennen zu können und gerade hiebei hat sich das Verfahren besonders bewährt.
Die Wirksamkeit des Verfahrens in bezug auf die Verhinderung von Explosionen bei der Verbrennung von Ammoniak-Sauerstoff-Gemischen ergibt sich daraus, dass die Reaktion durch Anzünden des aus dem oben erwähnten Zwischenraum herausströmenden explosiven Gasgemisches eingeleitet
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wird. Die Reaktion am Katalysator beginnt infolgedessen und die Zündflamme löscht von selbst aus durch das Auftreten der Verbrennungsprodukte in den Abgasen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur katalytischen Verbrennung von explosiven Gasgemischen, insbesondere von Ammoniak-Sauerstoff-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in so dünner Gasschicht stattfinden lässt, dass hiedurch Explosionen verhindert werden.
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Process for the catalytic combustion of explosive gas mixtures.
Le Chatelier realized that a long pipe with a very small cross-section can prevent the explosion of an explosive gas mixture from kicking back. For the technical implementation of such catalytic gas reactions, in which the reacting gas mixture has explosive properties, this finding is practically worthless, both as a consequence of the very considerable
Gas resistance as well as due to the difficulty of placing a catalyst in such narrow tubes.
It has now been found that the same explosion-preventing effect can be achieved by letting the reaction take place in a very thin gas layer by z. B. the reaction mixture instead of through tubes of small diameter through the very small space between the inner walls of the contact apparatus serving for combustion and a catalyst of suitable shape located in this space.
The minimum layer thickness required to achieve the effect is slightly different for different reactions, but must in any case be so small that explosions cannot occur even if the critical ignition temperature of the gas mixture concerned is exceeded.
In general, layer thicknesses of 0.1-1 millimeters are possible.
In contrast to Le Chatelier's observation, the above-mentioned finding can be used technically, since the gas resistance of such thin layers is not very considerable and the arrangement of a suitable catalyst is easily possible.
In a practical implementation of the method one can e.g. B. pass the gas mixture at a high flow rate through the small space between two suitably cooled metal plates and a catalyst located in this space in the form of a metal wire mesh. Such an arrangement is illustrated in more detail in FIGS. 1-3. Fig. 1 is a front view, Fig. 2 is a longitudinal section through the entire apparatus and Fig. 3 is a front view of one half of the apparatus. The apparatus consists of two metal plates 2 provided with water cooling jackets, which are screwed together by means of bolts.
In the very small space between these two metal plates, a metal wire mesh 1 is arranged as a catalyst, which can be brought to the reaction temperature by suitable means. The reaction mixture is introduced through a valve system at the upper end 4 of the apparatus and flows through the space between the
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the reaction and the start-up of the apparatus.
The process is particularly suitable for the catalytic combustion of ammonia with oxygen.
As a result of the strong explosiveness of ammonia-oxygen mixtures with an ammonia content
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Mixtures for the purpose of producing nitrogen oxides or nitric acid to be able to burn catalytically and this is where the process has proven particularly useful.
The effectiveness of the method with regard to the prevention of explosions in the combustion of ammonia-oxygen mixtures results from the fact that the reaction is initiated by igniting the explosive gas mixture flowing out of the above-mentioned interspace
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becomes. As a result, the reaction at the catalytic converter begins and the pilot flame extinguishes itself through the occurrence of combustion products in the exhaust gases.
PATENT CLAIMS:
1. A method for the catalytic combustion of explosive gas mixtures, in particular ammonia-oxygen mixtures, characterized in that the reaction is allowed to take place in such a thin gas layer that explosions are prevented.